L'administration météorologique chinoise a déclaré qu'en raison de l'incertitude du système climatique exacerbée par le réchauffement climatique, les épisodes de températures extrêmement élevées et de fortes précipitations en Chine deviennent plus fréquents et plus intenses.
Depuis la révolution industrielle, les gaz à effet de serre produits par les activités humaines ont entraîné des températures mondiales anormalement élevées, une élévation du niveau de la mer et des phénomènes météorologiques extrêmes tels que des orages, des inondations et des sécheresses, qui se sont produits dans différentes régions avec une densité et une fréquence accrues.
L’Organisation mondiale de la santé a souligné que la hausse des températures mondiales et la combustion excessive d’énergies fossiles constituent l’une des plus grandes menaces pour la santé humaine. Outre les risques de coup de chaleur, d’hypothermie et de maladies cardiovasculaires, le changement climatique pourrait aggraver plus de 50 % des agents pathogènes humains connus.
Le changement climatique représente un défi majeur pour l'humanité à l'ère contemporaine. En tant que grand émetteur de gaz à effet de serre, la Chine a annoncé en 2020 son objectif de « pic d'émissions de carbone et de neutralité carbone », prenant ainsi un engagement solennel envers la communauté internationale. Ce faisant, elle a démontré sa responsabilité et son engagement en tant que grande puissance et a également souligné l'urgence pour le pays de promouvoir la transformation et la modernisation de sa structure économique ainsi que la coexistence harmonieuse de l'homme et de la nature.
Défis liés à la turbulence du système électrique
Le secteur de l'énergie est un champ de bataille très surveillé pour la mise en œuvre du « double carbone ».
Pour chaque degré Celsius d'augmentation de la température moyenne mondiale, le charbon contribue à une hausse de plus de 0,3 degré Celsius. Afin de poursuivre la transition énergétique, il est nécessaire de maîtriser la consommation d'énergies fossiles et d'accélérer la mise en place d'un nouveau système énergétique. En 2022-2023, la Chine a promulgué plus de 120 mesures relatives à la double empreinte carbone, en insistant particulièrement sur le soutien essentiel au développement et à l'utilisation des énergies renouvelables.
Grâce à des politiques de promotion dynamiques, la Chine est devenue le premier pays au monde en matière d'utilisation des énergies nouvelles et renouvelables. Selon les données de l'Administration nationale de l'énergie, au premier semestre 2024, la nouvelle capacité installée de production d'électricité à partir d'énergies renouvelables s'élevait à 134 millions de kilowatts, soit 88 % de la nouvelle capacité installée totale ; la production d'électricité à partir d'énergies renouvelables atteignait 1 560 milliards de kilowattheures, soit environ 35 % de la production totale d'électricité.
L'intégration accrue de l'énergie éolienne et photovoltaïque au réseau électrique apporte une électricité verte et plus propre à la production et à la vie quotidienne, mais remet également en question le mode de fonctionnement traditionnel du réseau électrique.
Le mode de fourniture d'électricité du réseau électrique traditionnel est instantané et planifié. Lorsque vous mettez le courant, cela signifie que vos besoins ont été calculés à l'avance et que l'électricité est produite simultanément. La courbe de production de la centrale et la courbe de transport de l'électricité sont planifiées à l'avance à partir de données historiques. Même en cas de pic de consommation, la demande peut être satisfaite rapidement grâce au démarrage des centrales thermiques de secours, garantissant ainsi un fonctionnement sûr et stable du réseau.
Cependant, avec l'introduction massive de l'énergie éolienne et photovoltaïque, la production d'électricité dépend entièrement des conditions météorologiques, ce qui rend toute planification difficile. Par beau temps, ces nouvelles installations fonctionnent à plein régime et produisent une grande quantité d'électricité verte. Mais si la demande ne croît pas, cette électricité ne peut être injectée dans le réseau. À l'inverse, en cas de forte demande, si la pluie et la couverture nuageuse surviennent, les éoliennes ne tournent pas, les panneaux photovoltaïques ne chauffent pas, et des coupures de courant se produisent.
Auparavant, l'abandon de l'énergie éolienne et électrique au Gansu, au Xinjiang et dans d'autres provinces à forte production d'énergie était lié aux pénuries saisonnières d'électricité et à l'incapacité du réseau électrique à absorber la demande à temps. L'imprévisibilité des énergies propres complexifie la gestion du réseau et accroît les risques d'exploitation du système électrique. Aujourd'hui, alors que la population dépend fortement d'un approvisionnement énergétique stable pour la production et la vie quotidienne, tout déséquilibre entre la production et la consommation d'électricité aura de graves conséquences économiques et sociales.
Il existe un écart entre la capacité installée des énergies nouvelles et la production d'électricité effective, et l'équilibre dynamique entre la demande des utilisateurs et la production des centrales ne permet pas d'atteindre le principe « la source suit la charge ». L'électricité « fraîche » doit être utilisée en temps voulu ou stockée, condition indispensable au bon fonctionnement d'un réseau électrique performant. Pour ce faire, outre l'élaboration d'un modèle précis de prévision de la production d'énergie propre grâce à une analyse fine des données météorologiques et historiques de production, il est également nécessaire d'accroître la flexibilité de la gestion du réseau électrique grâce à des outils tels que les systèmes de stockage d'énergie et les centrales virtuelles. Le pays insiste sur l'accélération de la planification et de la construction d'un système énergétique nouveau, et le stockage d'énergie constitue une technologie essentielle.
« Banque verte » dans le nouveau système énergétique
Dans le contexte de la révolution énergétique, le rôle des centrales de pompage-turbinage s'est considérablement accru. Cette technologie, apparue à la fin du XIXe siècle, visait initialement à réguler les ressources en eau saisonnières des rivières pour produire de l'électricité. Elle s'est rapidement développée et a progressivement atteint sa pleine maturité grâce à l'accélération de l'industrialisation et à la construction de centrales nucléaires.
Son principe est très simple. Deux réservoirs sont construits en amont et en aval de la montagne. La nuit et le week-end, la demande en électricité diminue, et l'électricité excédentaire et bon marché est utilisée pour pomper l'eau vers le réservoir supérieur. Lorsque la consommation est à son maximum, l'eau est relâchée pour produire de l'électricité, permettant ainsi de réguler et de distribuer l'électricité dans le temps et l'espace.
Technologie de stockage d'énergie centenaire, le stockage par pompage-turbinage se voit confier une nouvelle mission dans le cadre de la transition énergétique. Lorsque la production d'énergie photovoltaïque et éolienne est importante et que la demande d'électricité diminue, le stockage par pompage-turbinage permet d'emmagasiner le surplus d'électricité. En cas de hausse de la demande, ce surplus est restitué au réseau afin de contribuer à son équilibre entre l'offre et la demande.
Elle est flexible et fiable, avec un démarrage et un arrêt rapides. Il faut moins de 4 minutes pour passer du démarrage à la pleine capacité de production d'électricité. En cas d'incident majeur sur le réseau électrique, le stockage par pompage peut démarrer rapidement et rétablir l'alimentation. Il est considéré comme le dernier recours pour rallumer le réseau électrique plongé dans le noir.
Comptant parmi les technologies de stockage d'énergie les plus abouties et les plus répandues, le stockage par pompage-turbinage représente actuellement la plus grande « batterie » au monde, soit plus de 86 % de la capacité mondiale installée. Comparé aux nouvelles technologies de stockage d'énergie telles que le stockage électrochimique et le stockage de l'hydrogène, le stockage par pompage-turbinage offre l'avantage d'une technologie stable, d'un faible coût et d'une grande capacité.
Une centrale de pompage-turbinage a une durée de vie nominale de 40 ans. Elle peut fonctionner de 5 à 7 heures par jour et assurer un débit continu. Utilisant l'eau comme combustible, elle présente de faibles coûts d'exploitation et de maintenance et n'est pas affectée par les fluctuations du prix des matières premières telles que le lithium, le sodium et le vanadium. Ses avantages économiques et ses performances sont essentiels pour réduire le coût de l'électricité verte et les émissions de carbone du réseau électrique.
En juillet 2024, le Guangdong a officiellement publié le premier plan provincial de mise en œuvre de mon pays autorisant les centrales de pompage-turbinage à participer au marché de l'électricité. Ces centrales échangeront toute leur électricité sur le marché spot selon un nouveau système de « cotation des quantités et des prix », et pourront ainsi « pomper l'eau pour stocker l'électricité et la relâcher pour produire de l'électricité » de manière efficace et flexible. Elles joueront alors un nouveau rôle de stockage et d'accès à une énergie nouvelle, une sorte de « banque d'électricité verte », et ouvriront la voie à de nouveaux avantages liés au marché.
« Nous allons élaborer des stratégies de tarification rigoureuses, participer activement au marché de l'électricité, améliorer l'efficacité globale des unités et nous efforcer d'obtenir des avantages incitatifs liés à l'électricité et aux tarifs d'électricité, tout en favorisant l'augmentation de la part des énergies renouvelables », a déclaré Wang Bei, directeur général adjoint du département de la planification et du financement du stockage d'énergie du réseau électrique du Sud.
La maturité technologique, l'énorme capacité, la flexibilité du stockage et de l'accès, la longue durée de vie de la production, le faible coût tout au long du cycle de vie et l'amélioration constante des mécanismes orientés vers le marché ont fait du stockage par pompage la solution « polyvalente » la plus économique et la plus pratique dans le processus de révolution énergétique, jouant un rôle clé dans la promotion de l'utilisation efficace des énergies renouvelables et la garantie de la sécurité et de la stabilité du réseau électrique.
grands projets controversés
Dans le contexte de la réforme du secteur énergétique national et du développement rapide des énergies nouvelles, les centrales de pompage-turbinage connaissent un essor considérable. Au premier semestre 2024, la capacité installée cumulée de ces centrales en Chine a atteint 54,39 millions de kilowatts, soit une croissance des investissements de 30,4 points de pourcentage par rapport à la même période de l'année précédente. Au cours des dix prochaines années, le potentiel d'investissement de la Chine dans le secteur du pompage-turbinage devrait avoisiner le billion de yuans.
En août 2024, le Comité central du PCC et le Conseil d'État ont publié les « Avis sur l'accélération de la transition écologique globale du développement économique et social ». D'ici 2030, la capacité installée des centrales de pompage-turbinage dépassera 120 millions de kilowatts.
Les opportunités qui se présentent s'accompagnent parfois d'un risque de surchauffe des investissements. La construction de centrales de pompage-turbinage est un processus d'ingénierie système rigoureux et complexe, impliquant de multiples étapes telles que la réglementation, les travaux préparatoires et les autorisations. Dans un contexte de forte croissance des investissements, certains gouvernements locaux et propriétaires négligent souvent les aspects scientifiques du choix des sites et de la saturation des capacités, et privilégient excessivement la rapidité et l'ampleur du développement des projets, ce qui engendre une série de conséquences néfastes.
Le choix du site d'implantation des centrales de pompage-turbinage doit prendre en compte les conditions géologiques, la situation géographique (proximité du centre de consommation, proximité du bassin de rétention des ressources énergétiques), les zones écologiquement sensibles, la chute de chute, l'acquisition de terrains, les questions d'immigration et d'autres facteurs. Une planification et un aménagement inadéquats peuvent rendre les centrales inadaptées aux besoins réels du réseau électrique, voire inutilisables. Non seulement les coûts de construction et d'exploitation seront difficiles à absorber dans un premier temps, mais des problèmes tels que l'empiètement sur les zones écologiquement sensibles pendant la construction peuvent survenir. Après la mise en service, si les niveaux techniques, d'exploitation et de maintenance ne sont pas conformes aux normes, cela engendrera des risques pour la sécurité.
« Il existe encore des cas où le choix de l'emplacement de certains projets est inapproprié », a déclaré Lei Xingchun, directeur général adjoint du département des infrastructures de la Southern Grid Energy Storage Company. « L'essence même d'une centrale de pompage-turbinage est de répondre aux besoins du réseau électrique et de garantir l'accès des nouvelles énergies à ce dernier. Le choix de l'emplacement et la capacité d'une telle centrale doivent être déterminés en fonction des caractéristiques de la distribution d'électricité, du fonctionnement du réseau, de la répartition de la charge et de la structure du réseau. »
« Ce projet d'envergure nécessite un investissement initial important. Il est d'autant plus essentiel de renforcer la communication et la coordination avec les services des ressources naturelles, de l'environnement, des forêts, des prairies, de la gestion de l'eau et autres, et de veiller à son intégration dans la zone de protection écologique et les plans connexes », a ajouté Jiang Shuwen, responsable du département de planification de la Southern Grid Energy Storage Company.
L'investissement de plusieurs dizaines de milliards, voire de milliards d'euros, la superficie de construction des réservoirs (des centaines d'hectares) et la durée de construction (5 à 7 ans) sont autant de raisons pour lesquelles beaucoup critiquent le stockage par pompage, le jugeant peu « économique et respectueux de l'environnement » par rapport à d'autres systèmes de stockage d'énergie.
En réalité, contrairement aux systèmes de stockage d'énergie chimique dont la durée de vie est limitée à 10 ans et la durée de vie opérationnelle de 10 ans, la durée de vie réelle des centrales de pompage-turbinage peut atteindre 50 ans, voire plus. Grâce à leur grande capacité de stockage, leur fréquence de pompage illimitée et leur coût par kilowattheure plus faible, leur rentabilité reste bien supérieure à celle des autres systèmes de stockage d'énergie.
Zheng Jing, ingénieur principal à l'Institut chinois des ressources en eau et de la planification et de la conception hydroélectriques, a mené une étude : « L'analyse de l'efficacité économique du projet montre que le coût actualisé par kilowattheure des centrales de pompage-turbinage est de 0,207 yuan/kWh. Le coût actualisé par kilowattheure du stockage électrochimique de l'énergie est de 0,563 yuan/kWh, soit 2,7 fois plus élevé que celui des centrales de pompage-turbinage. »
« Le stockage électrochimique de l’énergie a connu une croissance rapide ces dernières années, mais il recèle divers dangers. Il est nécessaire d’allonger continuellement sa durée de vie, de réduire son coût unitaire, d’accroître la capacité des centrales et de mettre en place un système de régulation de phase afin de garantir la sécurité et de le rendre comparable aux centrales de pompage-turbinage », a souligné Zheng Jing.
Construisez une centrale électrique, embellissez le terrain
D'après les données du réseau électrique du Sud (Southern Power Grid Energy Storage), au premier semestre 2024, la production cumulée des centrales de pompage-turbinage de la région Sud a atteint près de 6 milliards de kWh, soit l'équivalent de la consommation électrique de 5,5 millions de foyers pendant six mois, ce qui représente une hausse de 1,3 % par rapport à la même période de l'année précédente. Le nombre de démarrages des unités de production a dépassé les 20 000, soit une augmentation de 20,9 % sur un an. En moyenne, chaque unité de chaque centrale produit sa puissance de pointe plus de trois fois par jour, contribuant ainsi de manière significative à la stabilité de l'approvisionnement en énergie propre du réseau électrique.
Afin d'aider le réseau électrique à améliorer sa capacité de stockage d'énergie pour l'écrêtement des pointes et à fournir une électricité propre pour le développement socio-économique, le projet Southern Power Grid Energy Storage s'engage à construire de belles centrales électriques et à fournir aux populations locales des produits écologiques et environnementaux « verts, ouverts et partagés ».
Chaque printemps, les montagnes se parent de cerisiers en fleurs. Cyclistes et randonneurs affluent dans le district de Yantian à Shenzhen pour admirer ce spectacle. Se reflétant sur le lac et les montagnes, flânant au milieu de cette mer de cerisiers en fleurs, ils se sentent comme au paradis. Il s'agit du réservoir supérieur de la centrale hydroélectrique de pompage-turbinage de Shenzhen, la première centrale de ce type construite en centre-ville en Chine, et ce « parc montagne-mer » qui fait rêver les touristes.
La centrale hydroélectrique de pompage-turbinage de Shenzhen a intégré des concepts écologiques dès sa conception. Les installations et équipements de protection de l'environnement et de conservation de l'eau ont été conçus, construits et mis en service simultanément au projet. Ce dernier a reçu des distinctions telles que « Projet national de qualité » et « Projet national de démonstration pour la conservation des sols et de l'eau ». Après la mise en service de la centrale, China Southern Power Grid Energy Storage a réaménagé le paysage désindustrialisé de la zone du réservoir supérieur selon les normes d'un parc écologique et a collaboré avec le gouvernement du district de Yantian pour planter des cerisiers en fleurs autour du réservoir, faisant de Yantian une « ville de montagne, de mer et de fleurs », véritable emblème touristique.
L'accent mis sur la protection de l'environnement n'est pas un cas isolé pour la centrale hydroélectrique de pompage-turbinage de Shenzhen. China Southern Power Grid Energy Storage a mis en place des systèmes de gestion et d'évaluation rigoureux pour la construction écologique, et ce, tout au long du processus. Chaque projet intègre l'environnement naturel, les spécificités culturelles et les plans d'action des autorités locales, et prévoit des dépenses spécifiques pour la restauration et l'amélioration de l'environnement dans son budget environnemental, afin de garantir une intégration harmonieuse du site industriel et de l'environnement.
« Les centrales de pompage-turbinage sont soumises à des exigences relativement élevées en matière de choix d'emplacement. Outre le respect des zones écologiquement sensibles, si la zone de construction abrite des espèces végétales rares et protégées ou des arbres anciens, il est nécessaire de consulter préalablement le service des forêts et de mettre en œuvre, sous sa direction, des mesures de protection sur site ou de migration », a déclaré Jiang Shuwen.
Dans chaque centrale de pompage-turbinage du réseau Southern Power Grid Energy Storage, un immense écran électronique affiche en temps réel des données environnementales telles que la concentration en ions négatifs, la qualité de l'air, le rayonnement ultraviolet, la température et l'humidité. « C'est précisément ce que nous souhaitions pour assurer un suivi optimal, afin que les parties prenantes puissent constater clairement la qualité environnementale de la centrale », explique Jiang Shuwen. « Après la construction des centrales de pompage-turbinage de Yangjiang et Meizhou, des aigrettes, véritables "oiseaux indicateurs de l'environnement", sont venues s'y percher en groupes, témoignant ainsi de la qualité de l'environnement, notamment de la qualité de l'air et de l'eau des réservoirs, aux abords de la centrale. »
Depuis la construction, en 1993, de la première centrale hydroélectrique à accumulation par pompage de grande envergure en Chine, à Guangzhou, Southern Power Grid Energy Storage a acquis une solide expérience dans la mise en œuvre de projets écologiques tout au long de leur cycle de vie. En 2023, l'entreprise a publié le document « Méthodes de gestion et indicateurs d'évaluation de la construction écologique pour les centrales hydroélectriques à accumulation par pompage », qui précise les responsabilités et les critères d'évaluation de la construction écologique de toutes les parties prenantes du projet. Ce document, assorti d'objectifs et de méthodes de mise en œuvre concrets, constitue un guide précieux pour l'ensemble du secteur en matière de protection de l'environnement.
Les centrales de stockage d'énergie par pompage ont été construites ex nihilo, et nombre de leurs technologies et méthodes de gestion sont inédites. Elles s'appuient sur des leaders du secteur comme Southern Power Grid Energy Storage pour dynamiser les chaînes industrielles en amont et en aval, innover, explorer et valider en permanence, et favoriser une modernisation progressive. La protection de l'environnement est également un élément indispensable au développement durable de ce secteur. Elle témoigne non seulement de la responsabilité de l'entreprise, mais souligne aussi la valeur écologique et le potentiel de ce projet de stockage d'énergie verte.
L’échéance de la neutralité carbone approche et le développement des énergies renouvelables continue de progresser. Le rôle des centrales de pompage-turbinage en tant que régulateurs, batteries et stabilisateurs de la charge du réseau électrique prend une importance croissante.
Date de publication : 5 février 2025
